Описание курса:
Генетика (от греч. genesis –происхождение) - наука о наследственной передаче и изменчивости признаков живых организмов. Генетика – интегрирующая биологическая дисциплина, изучающая два фундаментальных свойства живого: наследственность и изменчивость.
Генетика использует множество методов исследования : морфологический, физиологический, биохимический, цитологический, физико-химический, математический и др., но основным, принципиально отличающимся от других, является метод генетического (гибридологического) анализа. Интегрирующая роль генетики заключается в том, что она исследует универсальные свойства на всех уровнях организации живого: молекулярном, клеточном, организменном и популяционном и на всех таксономических группах организмов, включая и человека.
Основоположником научной генетики является Г. Мендель, который в 1865 году опубликовал работу “Опыты над растительными гибридами“. Он разработал и обосновал метод гибридологического анализа, принципиальные положения которого используются генетиками до сих пор. Он сформулировал и обосновал идею о существовании дискретных наследственных факторов, ввел понятие об альтернативных наследственных факторах и признаках (принцип аллелизма). Доказал, что наследственные факторы (гены), объединяясь в зиготе, не смешиваются и не сливаются (позже это явление стало называться законом чистоты гамет).
Цель данного курса лекций – разъяснить слушателям логику генетических исследований; вскрыть сущность наследственности и изменчивости на разных уровнях организации жизни – молекулярном, клеточном, организменном и популяционном; раскрыть сущность дискретных единиц наследственности - генов; показать практическое значение генетики для сельского хозяйства, медицины, биотехнологии и других областей человеческой деятельности.
Продолжительность лекции — 15-20 мин.
Программа курса:
Лекция 1. Менделизм. Опыты Г. Менделя и его последователей.
Гибридологический анализ. Моногибридное скрещивание, доминирование одного из родительских признаков в F1 и расщепление в Е2 (3:1). Анализирующее скрещивание. Наследственный фактор - дискретная единица наследственности -ген. Понятие аплель гена, Утверждение принципа, что наследуются не признаки, а аллели генов, контролирующие нх развитие
Лекция 2. Дигибридное скрещивание. Доминирование в F1 и расщепление в F2 (9А-В-: ЗА-вв: 3ааВ-: 1 аавв). Независимое комбинирование и независимое наследование признаков. Цитологические основы явления. Неаллельное взаимодействие генов. Ген и признак. Пенетрантность и экспрессивность признака. Норма реакции генотипа. Формально-генетический подход анализа наследования признаков. Типы взаимодействия неаллельных генов: комплементарное, эпистатическое, полимерия.
Лекция 3. Хромосомная теория наследственности Т.Г. У1органа.
Наследственные факторы - гены локализованы в хромосомах.
Гены расположены в хромосоме в линейном порядке и составляют группу сцепления генов. Между гомологичными хромосомами может происходить обмен участками (кроссинговер), что приводит к нарушению сцепления генов, т.е. генетической
рекомбинации. Величина кроссинговера есть функция расстояния между генами на хромосоме. Генетические карты, характеризуют относительные расстояния между генами, выраженные в процентах кроссинговера.
Лекция 4. Теория гена. Сложное строение гена. Функциональный и рекомбинационный тесты на аллелизм.
Лекция 5. Генетика пола. Пол - сложный, генетически контролируемый признак. Генетические) и эпигенетические факторы детерминации пола. Гены, контролирующие детерминацию и дифференцировку пола. Хромосомное определение пола. Основная функция половых хромосом (X,Y и W,Z)- поддержание полового диморфизма и первичного соотношения полов (N♂/N♀=1). Наследование признаков, сцепленных с полом. Реципрокные скрещивания. Отсутствие единообразия у гибридов F1, и наследование признака по типу «крест-накрест». Первичное и вторичное нерасхождение половых хромосом. Гинандроморфизм.
Лекция 6. Мутационная и модификационная изменчивость. Наследственная изменчивость – мутационная и комбинативная – характеризуется изменением генотипа. Модификационная – ненаследственная изменчивость – видоизменяет фенотип организма в пределах нормы реакции генотипа. Мутация – дискретное изменение признака, передающееся по наследству в ряду поколений организмов и клеток. Классификация мутаций: по структуре генетического материала; по месту локализации; по типу аллельного; по причине возникновения.
Генетические последствия загрязнения окружающей среды. Мутагенные факторы Мониторинг уровня частоты различных типов мутаций в одних и тех же географических точках. Скрининг мутагенной активности лекарственных препаратов, пищевых добавок, новых промышленных химических соединений. Размах проявления модификационной изменчивости организма при неизменном генотипе — норма реакции.
Лекция 7. Мутационный процесс: спонтанный и индуцированный. Мутационный процесс характеризуется: всеобщностью и причинностью, статистичностью и определенной частотой, протяженностью во времени. Спонтанные мутации возникают в результате ошибок в работе ферментов матричного синтеза ДНК. Генетический контроль мутационного процесса. Гены мутаторы, гены антимутаторы. Системы репарации генетических повреждений.
Закономерности индуцированного мутагенеза (радиационного, химического и биологического). Дозовая зависимость, временной характер, мощность дозы (концентрация), предмутационные изменения генетического материала и др.
Методы количественного учета мутаций. Молекулярные механизмы возникновения генных мутаций и хромосомных перестроек. «Адаптивный» мутагенез. Проблема «наследования приобретаемых признаков».
Лекция 8. Генетика популяций. Любую популяцию составляют особи, отличающиеся в той или иной мере по генотипу и фенотипу. Для понимания генетических процессов, протекающих в популяции необходимо знать: 1) какие закономерности управляют распределением генов между особями; 2) изменяется ли это распределение из поколения в поколение, и если изменяется, то каким образом. Согласно формуле Харди-Вайнберга, в идеальной популяции, находящейся в равновесии, доли разных генотипов должны неограниченно долго оставаться постоянными. В реальных популяциях эти доли могут изменяться из поколения в поколение вследствие ряда причин: малочисленность популяции, миграции, отбор мутации, Генофод популяции, геногеография(А.С. Серебровский), генетическая гетерогенность природных популяций (С.С. Четвериков), генетико-автоматические процессы(Н.П. Дубинин).
Лекция 9,10. Генетика развития. Современная биология развития представляет собой сплав эмбриологии, генетики и молекулярной биологии. Мутации генов, контролирующих разные этапы индивидуального развития, позволяют выявить время и место действия нормального аллеля данного гена и идентифицировать продукт этого гена в виде и - РНК, фермента (полипептида) или структурного белка. Генетический контроль детерминации и дифференцировки пола. Модельные объекты генетики рахвития: Drosophila melanogaster- плодовая мушка, Caenorhabditis elegans – круглый червь, нематода, Xenopus laevis- шпорцевая лягушка, Mus musculus -лабораторная мышь, Arabidopsis Thaliana
Проблемы генетики развития: анализ дифференциальной активности генов,
активность. Гомеозисные мутации, их роль на ранних этапах онтогенеза. Эпигенетика индивидуального развития и её перспективы. Генетический импринтинг. Роль апоптоза(генетически программированная гибель клеток) и некроза в ходе индивидуального развития многоклеточных организмов. АЛЛОФЕННЫЕ МЫШИ –генетические мозаики.
В отличие от животных у растений из соматических клеток сформированного организма можно получить взрослое полноценное растение (морковь, табак, томаты), способное к половому размножению. Из изолированной клетки под действием растительных гормонов можно получить целое растение.
Проблема репрограмирования генома в дифференцированныз клетках животных. Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК). Тотипотентнось, плюрипотентност и мультипотентность разных типов клеток. Получение индуцированных плюрипотентных клеток фибропластов человека (iPS ) с помощью индукторов репрограмирования транскрипционных факторов Oct4, Sox2, c-Mic, Klf4
иNanog.
Клонирование позвоночных животных (овечка Долли,1997), В настоящее время клонированы десятки видов животных из класса млекопитающих (мышь, корова, кролик, свинья овца, коза, обезьяна-макака резус и др.).
Лекция 11,12. Генетика человека. Биосоциальная природа человека. Антропогенетика и медицинская генетика. Методы исследования: генеалогический, близнецовый, цитологический, биохимический, молекулярно - генетический, математический и др.
Менделирующие – моногенные и мультифакториаьные- полигенные признаки. Нормальный кариотип человека. Дифференциальное окрашивание хромосом и Fish –метод. Хромосомные аберрации и связанные с ними генетические синдромы.
Методы картирования генома человека. Гибридизация соматических клеток человека и мыши. Секвенирование генома человека ( 3,5х109 п.о.).. Геномика (структурная, функциональная, фармакогеномика, этногеномика и т.д.).
Генетический полиморфизм – основа биоразнообразия человека Типы полиморфизма ДНК( по числу и распредеоению мобильных генетических элементов; по числу копий тандемных повторов и др).
Медицинская генетика. Развитие медико-генетического консультирования. Пренатальная диагностика (кариотипирование; ДНК- маркеры, биохимические и иммунологические маркеры; прогноз для потомства). Демографическая генетика.
Евгеника, генотерапия, , генетическая паспортизация (проблемы и спорные вопросы).
Лекция 13. Генетические основы селекции. Селекция растений и животных. Исходный материал (дикие формы, районированные сорта растений и заводские породы животных, инбредные линии).
Гибридизация - методы скрещивания - межвидовое, межпородное, внутрипородное (аутбридинги инбридинг), промышленное скрещивание.
Методы отбора ( массовый – индивидуальный, по фенотипу- по генотипу, по родословной – по качеству потомства) . Гибридная кукуруза (простые и двойные межлинейные гибриды). Межлинейные яичные и мясные гибриды кур.
Явления гетерозиса и инцухт - депрессии.
Межродовой фертильный гибрид редьки и капусты ( рафанобрассика).
Биотехнология и использование трансгенных организмов.
Требования:
Знание математики, физики, химии и биологии в соответствии со стандартами обучения на биологических факультетах университетов
Результаты обучения:
Знания: В результате освоения курса слушатель:
1) получает представление о базовых понятиях генетики (ген, генотип, фенотип, мутация, репликация, рекомбинация, репарация,геном , геномика) достижениях в этой области знаний и практическом применении этих знаний в практике сельского хозяйства, медицины, биотехнологии.
2) Овладевает: методами генетического анализа на прокариотических и эукариотических организмах; методами цитологического, физико-химического и биоинформатического анализа генетических феноменов и процессов.
3) понимает интегрирующую роль генетики в познании ключевых звеньев и этапов фундаментальных биологических процессов (фотосинтез, синтез пептидов, онтогенез, онкогенез и др.)
